(57)【要約】【課題】定着ロールに対する棒状ヒータの配置を考慮し、定着ロールの小径化を図り、ＷＵＴのさらに短い定着装置を提供すること。【解決手段】薄肉パイプからなる定着ロールと、定着ロールに内包され、それぞれ分布の異なる配光特性を備えた複数の棒状ヒータと、定着ロールに加圧される加圧ロールと、定着ロールをその定着ロールの軸回りに回転自在に支持する定着ロール支持部材とを備え、加圧ロールの定着ロールへの加圧時、定着ロールの、その回転方向に垂直方向の断面の内側の最大長さをＡ、最小長さをＢとした時、１．１≦Ａ／Ｂ≦３であり、かつ、複数の棒状ヒータを全て内包できる、長径と短径との比がＡ：Ｂのである最小の楕円形状の筒の長径の方向と、加圧ロールの加圧方向とのなす角をＥとした時、４５度≦Ｅ≦１３５度としたこと。【選択図】図２
2007025101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉パイプからなる定着ロールと、
前記定着ロールに内包され、それぞれ発熱領域の異なる複数の棒状ヒータと、
前記定着ロールに加圧される加圧ロールと、
前記定着ロールをその定着ロールの軸回りに回転自在に支持する定着ロール支持部材と
を備えたものであり、
前記加圧ロールの前記定着ロールへの加圧時、前記定着ロールの、その回転方向に垂直方向の断面の内側の最大長さをＡ、最小長さをＢとした時、１．１≦Ａ／Ｂ≦３であり、
かつ、複数の前記棒状ヒータを全て内包できる、長径と短径との比がＡ：Ｂである最小の楕円の長径の方向と、前記加圧ロールの加圧方向とのなす角をＥとした時、４５度≦Ｅ≦１３５度であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
複数の棒状ヒータのうち、最も距離の離れた一対の前記棒状ヒータの外側の距離をＦとした時、Ｆ≧Ｂであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
加圧ロールによる加圧をしていない時の定着ロールの内径をＧ、複数の棒状ヒータを全て内包できる最小の円の直径をＨとしたとき、Ｈ≧Ｇであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
定着ロールの端面と対向する環状の対向面を有し、前記対向面に前記定着ロールの端面が当接することで前記定着ロールの長さ方向の移動を制限するとともに、当接時に前記定着ロールの回転に連れて中心軸回りに回転するように支持された移動制限部材を備え、
前記定着ロールの端面が前記移動制限部材に当接し、かつ、加圧ロールによる加圧が行われているときに、前記移動制限部材の対向面に形成された開口部から前記定着ロールの端面が見えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
加圧ロールにより加圧が行われている状態であって、移動制限部材の開口面であり、かつ、棒状ヒータの通過可能な面の短軸方向の長さをＩとしたとき、Ｆ≧Ｉであることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
定着ロール支持部材は、定着ロールの外周面全周を覆う筒状のものからなり、かつ、その内周面にて前記定着ロールを回転自在に支持するものであって、前記定着ロールの両端部にそれぞれ対応して配設されているとともに、前記定着ロール支持部材の中心軸回りに回転自在に支持されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
定着ロール支持部材は、移動制限部材と一体で形成されたことを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
複数の棒状ヒータの少なくとも１本はフィラメントを備えたランプであり、その棒状ヒータのフィラメントの、コイル状に密に巻かれている部分の最両端間の長さに対して、その最両端間のコイル状に疎に巻かれている部分の長さの総和の比、もしくは、コイル状に巻かれていない部分の長さの総和の比が、１０％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
複数の棒状ヒータの少なくとも１本はフィラメントを備えたランプであり、その棒状ヒータのフィラメントは、両端部以外はすべてコイル状に均一に巻かれたものであることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
複数の棒状ヒータのうち、少なくとも１本の第１の棒状ヒータから、他の第２の棒状ヒータに直接照射される輻射熱の少なくとも一部分を反射する反射部材を配置したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１１】
反射部材は、薄膜のフィルムを複数の棒状ヒータのうちの少なくとも１本の、かつ少なくとも一部分に巻き付けたものであることを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ＦＡＸ、プリンタ等の電子写真プロセスを利用した電子写真機器に使用する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、昇温時間（ウォームアップタイム：以降ＷＵＴと記載）の短い定着器として、例えば、特許文献１のような方法が提案されている。特許文献１に示される従来の定着器は、定着ロールとして、薄肉の弾性ロールを用い、加圧ロールからの押圧力をこの弾性ロールの弾性力にて受ける構造としたものである。これにより、定着ロールの熱容量を極端に小さくする事ができ、ＷＵＴの短い定着器が実現でき、また、均一で幅広いニップを形成できることにより、トナーの紙への良好な定着が可能となり、さらには、弾性ロールの曲率変化により、良好な紙の剥離を実現する事ができる。
【０００３】
特許文献１の定着器はＷＵＴの短いという特徴を備えているが、このようにＷＵＴの短い定着器の欠点は、幅狭の記録紙を連続使用した場合、記録紙幅外の定着ロールの温度が過昇温することである。この過昇温により、定着ロールや加圧ロールに使用しているゴム材等が熱劣化したり、幅狭の記録紙を連続使用した後、幅広の記録紙を使用する場合、過昇温した部分の温度が下がるまで待つ必要がある。
【０００４】
また、記録紙幅外の過昇温を防止する方法として、特許文献２の方法が実用化されている。特許文献２に示す方法は、それぞれ発熱領域の異なる複数の棒状ヒータを用い、記録紙の幅に対応した棒状ヒータに通電するというものである。これにより、例えば、幅狭の記録紙を用いる場合は、その記録紙の幅に対応した発熱領域の狭い棒状ヒータに通電し、必要な部分にのみ熱を印加するため、記録紙幅外の過昇温を防止することができる。さらには、複数の棒状ヒータに上手く通電することにより、幅狭の記録紙を使用した場合でも、記録紙幅外の過昇温を防止するだけでなく、定着ロールを常に均一な温度に保つことも可能である。
【０００５】
したがって、特許文献１と特許文献２とを上手く組み合わせることにより、ＷＵＴが短く、かつ、記録紙幅外の過昇温を防止できる定着装置を実現することができる。
【特許文献１】特開２０００−３４７５２９号公報
【特許文献２】特開平８−２２０９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、定着ロールの内径が大きい場合は何等問題ないが、定着ロールの径を小さくし、さらにＷＵＴの短縮を図ろうとした場合、棒状ヒータの配置に何等考慮しなければ、定着ロールの径を思うように小さくするのは困難であるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、定着ロールに対する棒状ヒータの配置を考慮し、定着ロールの小径化を図り、ＷＵＴのさらに短い定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、請求項１の発明の定着装置は、薄肉パイプからなる定着ロールと、その定着ロールに内包された複数の棒状ヒータと、定着ロールに加圧される加圧ロールと、定着ロールをその定着ロールの軸回りに回転自在に支持する定着ロール支持部材とを備えたものであり、加圧ロールの定着ロールへの加圧時、定着ロールの、その回転方向に垂直方向の断面の最大長さをＡ、最小長さをＢとした時、１．１≦Ａ／Ｂ≦３であり、かつ、複数の棒状ヒータを全て内包できる、長径と短径との比がＡ：Ｂである最小の楕円の長径の方向と、加圧ロールの加圧方向とのなす角をＥとした時、４５度≦Ｅ≦１３５度としたものである。
【０００９】
本構成によれば、定着ロールは加圧ロールにより加圧されることにより変形し、定着ロールの断面は円を潰した形状となり、いわゆる長手方向が存在する。また、棒状ヒータも複数備えたため、その断面にも長手方向が存在する。
【００１０】
本構成によって、定着ロールの長手方向と、複数の棒状ヒータの長手方向とを同じ方向にもってくるため、複数の棒状ヒータを内包する為の定着ロールの径を小さくすることができ、その小径化により、定着ロールの熱容量低減、そしてＷＵＴの短縮が可能な定着装置を提供することができる。このとき、角度Ｅは略９０度が最も好ましいが、４５度≦Ｅ≦１３５度の範囲であれば十分に効果が得られる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明の定着装置において、複数の棒状ヒータのうち、最も距離の離れた一対の前記棒状ヒータの外側の距離をＦとした時、Ｆ≧Ｂとしたものである。
【００１２】
本構成によって、複数の棒状ヒータの配置によっては、加圧ロールに加圧された定着ロルには内包出来ない大きさまで定着ロールの小径化が可能なため、さらに、定着ロールの熱容量低減、そしてＷＵＴの短縮が可能な定着装置を提供することができる。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１の定着装置において、加圧ロールによる加圧をしていない時の定着ロールの内径をＧ、複数の棒状ヒータを全て内包できる最小の円の直径をＨとしたとき、Ｈ≧Ｇとしたものである。
【００１４】
本構成によって、複数の棒状ヒータは、加圧ロールに加圧されていない断面形状が円形の定着ロ−ルには内包出来ない大きさまで、定着ロールの径の小径化が可能なため、さらに、定着ロールの熱容量低減、そしてＷＵＴの短縮が可能な定着装置を提供することができる。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明の定着装置において、定着ロールの端面と対向する環状の対向面を有し、対向面に定着ロールの端面が当接することで定着ロールの長さ方向の移動を制限するとともに、当接時に定着ロールの回転に連れて中心軸回りに回転するように支持された移動制限部材を備え、定着ロールの端面が移動制限部材に当接し、かつ、加圧ロールによる加圧が行われているときに、移動制限部材の対向面に形成された開口部から定着ロールの端面が見えるものである。
【００１６】
本構成では、定着ロールの端面が移動制限部材に当接することにより、定着ロールの長手方向への移動が制限され、また、移動制限部材は回転し、定着ロールの端面との摺動が少ないため、定着ロールの端面の劣化や、移動制限部材の削れが少なく、さらには摺動音も小さい。しかしながら、その構成上、移動制限部材の開口部は、定着ロール内径よりも小さくなる。さらに、定着ロールが変形し、その端面が移動制限部材の開口部から見える状態であるため、さらに、棒状ヒータの通過可能なスペースが小さくなっている。そこで、複数の棒状ヒータの配置を考慮しなければ、移動制限部材の開口部を大きくする必要があり、それにともない、定着ロール径を大きくする必要が生じてしまう。
【００１７】
本構成によっても、請求項１の発明と同様、定着ロールの長手方向と、複数の棒状ヒータの長手方向とを同じ方向にもってくるため、複数の棒状ヒータを内包する為の定着ロールの径を小さくすることができ、その小径化により、定着ロールの熱容量低減、そしてＷＵＴの短縮が可能な定着装置を提供することができる。
【００１８】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明の定着装置において、加圧ロールにより加圧が行われている状態であって、移動制限部材の開口面であり、かつ、棒状ヒータの通過可能な面の短軸方向の長さをＩとしたとき、Ｆ≧Ｉとしたものである。
【００１９】
本構成によって、複数の棒状ヒータの配置を最適化することにより、定着ロールの小径化を図ることができ、それにより、定着ロールの熱容量低減、そしてＷＵＴの短縮が可能な定着装置を提供することができる。
【００２０】
また、請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明の定着装置において、定着ロール支持部材は、定着ロールの外周面全周を覆う筒状のものからなり、かつ、その内周面にて定着ロールを回転自在に支持するものであって、定着ロールの両端部にそれぞれ対応して配設されているとともに、定着ロール支持部材の中心軸回りに回転自在に支持されたものである。
【００２１】
本構成によって、加圧ロールの加圧によって、変形する定着ロールの回転を安定して保持することができる定着装置を提供することができる。
【００２２】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明の定着装置において、定着ロール支持部材は、移動制限部材と一体で形成されたものである。
【００２３】
本構成によって、定着ロール支持部材及び移動制限部材の低コスト化を図ることができるとともに、定着装置全体を小型化することができる。
【００２４】
また、請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかの発明の定着装置において、複数の棒状ヒータの少なくとも１本はフィラメントを備えたランプであり、その棒状ヒータのフィラメントの、コイル状に密に巻かれている部分の最両端間の長さに対して、その最両端間のコイル状に疎に巻かれている部分の長さの総和の比、もしくは、コイル状に巻かれていない部分の長さの総和の比が、１０％以下としたものである。
【００２５】
通常、定着装置に用いる棒状ヒータには、長手方向に対して、中央部よりも両端部の発熱が多くなるよう、配光特性を持たせている。これは、定着ロールに加えた熱が、その定着ロールを保持している保持部材から逃げていくことにより、定着ロールの両端部の温度が低くなることを防止するためである。この棒状ヒータに配光特性を持たせる方法は、フィラメントをコイル状に密に巻いた部分と、コイル状に疎に巻いた部分（もしくはコイル状に巻いていない部分）を連続的に備え、そのコイル状に密に巻いた部分が多いほど、発熱分布が高くなるというものである。また、コイル状に密に巻いた部分と疎に巻いた部分とでは、その疎密に対して、発熱分布もフィラメント部では疎密となるが、フィラメントから離れれば離れる程、発熱分布の疎密を低減することは可能である。
【００２６】
本構成では、定着ロールは加圧ロールにより加圧されることにより変形され、また、その変形された定着ロールに対して、複数の棒状ヒータを配置するため、それぞれの棒状ヒータの発熱部から定着ロールの内面までの距離が短い部分が発生する。これにより、フィラメントの疎密による発熱分布に対応し、定着ロールに温度むらが生じてしまう。定着ロールの内径を大きくし、棒状ヒータのフィラメントからの距離を十分長くするという方法も考えられるが、その場合、定着ロールの熱容量が大きくなり、ＷＵＴが長くなってしまうので好ましくない。また、本構成では、定着ロールは薄肉であり、軸方向への伝熱が悪いため、中央部と端部での温度さが出来にくい。また逆に、熱容量が少なくＷＵＴが早いため、棒状ヒータの少しの発熱むらも敏感に影響する。したがって、棒状ヒータのフィラメントは疎密がなく、均一な発熱をするものが好ましい。
【００２７】
本構成によって、薄肉の定着ロールを用いるので、棒状ヒータのフィラメントは疎密がない均一なものを用いることが可能であり、また、フィラメントが均一なものを用いることにより、フィラメントの疎密による定着ロールの不均一が生じない定着装置を提供することができる。このとき、棒状ヒータのフィラメントは、疎密がない均一なものが最も好ましいが、コイル状に密に巻かれている部分の最両端間の長さに対して、コイル状に疎に巻かれている部分の長さの総和の比、もしくは、コイル状に巻かれていない部分の長さの総和の比が、１０％以下であれば、定着ロールの不均一性は定着装置として実用上問題のない範囲とすることができる。
【００２８】
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の定着装置において、複数の棒状ヒータの少なくとも１本はフィラメントを備えたランプであり、その棒状ヒータの長手方向に対して、フィラメントは、両端部以外はすべてコイル状に均一に巻かれたものである。
【００２９】
本構成によっても請求項８と同様の効果があり、かつ、請求項８の発明の中でも、定着ロールの温度が最も均一となる定着装置を提供することができる。
【００３０】
また、請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかの発明の定着装置において、複数の棒状ヒータのうち、少なくとも１本の第１の棒状ヒータから、他の第２の棒状ヒータに直接照射される輻射熱の少なくとも一部分を反射する反射部材を配置したものである。    
【００３１】
本構成によって、複数の棒状ヒータを近接配置した場合においても、一方の棒状ヒータからの輻射熱が他方の棒状ヒータに輻射されるのを反射部材により防止することが可能となり、それにより、エネルギー効率が良く、ＷＵＴの短い定着装置を提供することができる。
【００３２】
また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明の定着装置において、反射部材は、薄膜のフィルムを複数の棒状ヒータのうちの少なくとも１本の、かつ少なくとも一部分に巻き付けたものである。
【００３３】
本構成によって、反射部材として、薄膜フィルムを用いるため、反射部材自身の熱容量が低減でき、ＷＵＴを短くすることができる。また、薄膜のため、反射部材自身の剛性が弱いが、棒状ヒータに直接支持させる構成により、安定した保持が可能である。また、薄膜であるため、反射部材自身のスペースが少なくてすみ、複数のランプをより近接させ易く、定着ロールの小径化が容易となり、定着ロールの熱容量低減が可能となる。したがって、これらのことにより、ＷＵＴが短い定着装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の定着装置によれば、定着ロールに対する棒状ヒータの配置を考慮し、定着ロールの小径化を図り、ＷＵＴの短い定着装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における定着装置の概略構成を示す断面図であり、この定着装置は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いられて、記録紙等の記録媒体上に付着したトナーを該記録媒体と共に加熱することで記録媒体上にトナー像を定着する熱ロール定着方式のものである。
【００３７】
加圧ロール１と、該加圧ロール１と径方向（本実施形態では、上下方向）に対向する定着ロール２とを備えている。この加圧ロール１は、例えば、直径２０ｍｍのアルミニウム製の円柱状の基材３と、この基材３の外周面全周をその長さ方向略全体に亘って密着状態で覆う厚み５ｍｍのシリコーンスポンジゴム４と、このシリコーンスポンジゴム４の外周面全周をその長さ方向略全体に亘って密着状態で覆う厚み３０μｍのテフロン（登録商標）チューブ（図示は省略している）とで構成されている。
【００３８】
上記加圧ロール１は、図２に示すように、略水平方向に延びる押付け部材５により定着ロール２に押し付けられるようになっている。すなわち、基材３の小径にされた両端部３ａが、該両端部３ａにそれぞれ対応して設けた押付け部材５の長さ方向中間部に形成した嵌合孔５ａにそれぞれ回転自在に嵌合されており、この各押付け部材５の一端部は回転軸５ｂ回りに回転自在に支持され、他端部は、引張コイルスプリング６により、定着ロール２側（上側）に付勢されている。したがって、各押付け部材５は、回転軸５ｂ回りに図２で反時計回り方向に回動しようとするため、加圧ロール１が上側に移動しようとして定着ロール２に押し付けられることになる。この押付けにより、加圧ロール１が定着ロール２を径方向に所定の加圧力で加圧することになる。本実施形態では、この加圧力は約９．３Ｎ／ｃｍである。
【００３９】
また、加圧ロール１は、基材３の両端部３ａが両押付け部材５の嵌合孔５ａにそれぞれ回転自在に嵌合していることから、上記押付け状態で、該加圧ロール１のロール軸Ｘ１（基材３の中心軸）回りに回転可能になっている。そして、基材３の一端部３ａ（図１の左側端部）には、連結軸７ａを介して不図示のモータ等によって回転駆動される駆動ギヤ７と噛み合う従動ギヤ８が結合されており、これら駆動ギヤ７及び従動ギヤ８により加圧ロール１がそのロール軸Ｘ１回りに回転駆動されるようになっている。
【００４０】
上記定着ロール２は、上記加圧ロール１による加圧力を弾性力で受け止める薄肉パイプ材９で構成されている。すなわち、この薄肉パイプ材９は、ステンレス鋼やリン青銅等のバネ性を有する金属からなり、上記加圧力により弾性変形してその断面が円形状から、加圧ロール１と定着ロール２との対向方向（上下方向）が短軸でかつ水平方向が長軸である略楕円形状となる。本実施形態では、薄肉パイプ材９は、外径３０ｍｍ、肉厚０．２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いている。
【００４１】
上記薄肉パイプ材９における両端部を除く外周面全周には、ゴム層１０が形成されている。このゴム層１０は、本実施形態では、厚み２００μｍのシリコーンゴムからなり、このゴム層１０の外周面を、その長さ方向略全体に亘って厚み３０μｍのテフロン（登録商標）チューブ１１が密着状態で覆っている（これらゴム層１０及びテフロン（登録商標）チューブ１１は、厚みが非常に小さいので、定着ロール２を記載した図面のうち図１以外の図面では記載を省略している）。そして、上記加圧ロール１は、この定着ロール２のゴム層１０が形成された部分に対して加圧するようになっており、加圧ロール１の回転駆動によって、その定着ロール２のゴム層１０が形成された部分と加圧ロール１との間（ニップ部）に記録媒体を挟持して搬送するようになっている。尚、加圧ロール１が回転駆動されると、定着ロール２は加圧ロール１又はニップ部の記録媒体を介して定着ロール２のロール軸Ｘ２（弾性変形した薄肉パイプ材９の中心軸）回りに従動回転することになる。
【００４２】
薄肉パイプ材９の両端部に対応する位置には、定着ロール支持部材１２がそれぞれ配設されている。上記各定着ロール支持部材１２は、定着ロール２の外周面全周を覆う円筒状のものからなっていて、その内周面に支持部１２ａが形成されたものである。この各定着ロール支持部材１２ａの中心軸は、定着ロール２のロール軸Ｘ２と平行である。そして、各定着ロール支持部材１２は、ベアリング１３によりその中心軸回りに回転可能に支持されていて、定着ロール２の回転に連れて定着ロール支持部材１２の中心軸回りに回転するようになっている。このように定着ロール支持部材１２が回転しても、支持部１２ａは常に定着ロール支持部材１２の上側部分にある。したがって、定着ロール支持部材１２の内周面は、どの回転位置においても支持部１２ａとなり得るように、定着ロール２の長さ方向から見て円形状になっている。
【００４３】
定着ロール支持部材１２は必ずしもその中心軸回りに回転可能に支持する必要はなく、固定したものであってもよい。この場合、定着ロール支持部材１２は、定着ロール２の長さ方向から見て上半分だけの半円状のものとしてもよい。但し、定着ロール支持部材１２を回転可能に支持した方が、定着ロール２との間で摺動が殆ど生じないので好ましい。
【００４４】
本実施形態では、定着ロール支持部材１２は、内径が４０ｍｍ、幅（定着ロール２の長さ方向に沿った長さ）が８ｍｍである樹脂製のものからなっている。この定着ロール支持部材１２の材料としては、耐熱性が良好なベークライトやＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が好ましい。
【００４５】
上記定着ロール２の長さ方向両側には、移動制限部材１４がそれぞれ配設されている。この各移動制限部材１４は、定着ロール２のロール軸Ｘ２と垂直な方向に延びる定着ロール２端面（つまり薄肉パイプ材９端面）と対向する位置に配置しており、定着ロール２の端面が当接することで定着ロール２の長さ方向の移動を制限するようになっている。
【００４６】
定着ロール２の内部には、記録媒体上のトナーを記録媒体と共に加熱するために定着ロール２を加熱する棒状ヒータとしてのハロゲンランプ１５が配設されている。ハロゲンランプ１５は図３に示すように、発光部１６ａの幅が異なるものを複数本用いている。本実施の形態では、発光部１６ａの幅の広いハロゲンランプ１５ａと発光部１６ａの幅の狭いハロゲンランプ１５ｂを用いている。幅の広い記録紙を通紙する場合は、ハロゲンランプ１５ａのみに通電し、定着ロール２の表面の略全面が約１７０℃に加熱するようになっている。また、幅の狭い記録紙を通紙する場合は、ハロゲンランプ１５ｂのみに通電し、定着ロール２の表面の中央部のみ約１７０℃に加熱するようになっている。なお、ハロゲンランプ１５ａ、ハロゲンランプ１５ｂへの通電の方法は、上述の方法に限ったものでなく、通紙する記録紙の幅に上手く対応させさえすればどのような方法でもよいことは言うまでもない。
【００４７】
また、ハロゲンランプ１５ａ、ハロゲンランプ１５ｂの発光部１６ａは、それぞれフィラメント１７がコイル状に密に巻かれているものを用いている。従来の定着装置に、ハロゲンランプ１５ａの様に、全幅において、フィラメント１７がコイル状に密に巻かれているものを用いた場合、定着ロール２の中央部より外側の温度が低くなってしまう。これは、ハロゲンランプ１５ａにより印加された熱が、定着ロール２の両端部から逃げていく為である。この問題を解決するため、図４に示すようなハロゲンランプ１５ｃを用いる。ハロゲンランプ１５ｃは、そのフィラメント１７が、コイル状に密に巻かれている発光部１６ａと、疎に巻かれているかまっすぐの間欠部１６ｂとを備えたものであり、ハロゲンランプ１５ｃの外側の発光部１６ａの方が中央部の発光部１６ａよりも長くなるようにしている。このハロゲンランプ１５ｃを用いることにより、定着ロールの両端部の温度低下を防止している。この時、定着装置の形態に合わせて発光部１６ａと間欠部１６ｂとの割合を調整することにより、定着ロール２の温度の均一化を図っている。
【００４８】
しかしながら、本発明の定着装置では、定着ロール２の厚さが非常に薄く、軸方向の熱伝導率が低いため、ハロゲンランプ１５ｃの間欠部１６ｂの割合が多いものでは、逆に弾性ロール２の両端部の温度が高くなってしまい好ましくない。また、発光部１６ａと間欠部１６ｂとによる温度むらも問題となる。定着ロール２とハロゲンランプ１５ｃとの距離が十分に長い場合はかなり緩和されるが、距離が短い場合、そのむらが顕著にでてしまう。本実施の形態の様に、定着ロール２の径を極力小さくし、その中にハロゲンランプ１５ｃを複数入れようとした場合は、定着ロール２とハロゲンランプ１５ｃとの距離は自ずと短くなり、発光部１６ａと間欠部１６ｂとによる温度むらが顕著にでてしまう。実験によれば、コイル状に密に巻かれている部分の最両端間の長さに対して、１６ｂの総和が１０％以下であれば、好ましく用いることができ、間欠部１６ｂがないものは、より好ましく用いることができた。また、間欠部１６ｂがないハロゲンランプ１５ｃは、コスト、寿命の点からより好ましい。
【００４９】
次に、複数のハロゲンランプ１５の配置について図５〜図７を用いて説明する。
図５において、定着ロール２は、加圧ロール１からの加圧により撓み、本実施の形態では、その定着ロール２の内側の最大長さをＡ、最小長さをＢとした時、Ａ＝３３．５ｍｍ、Ｂ＝２６ｍｍとなった。また、ハロゲンランプ１５ａ、ハロゲンランプ１５ｂ共に、そのガラス管径はφ８ｍｍのものを使用しており、それらを６ｍｍ隔てて配置し、その両者の外側の距離は２２ｍｍとなっている。このように、定着ロール２の撓んだ方向に対し、２本のハロゲンランプ１５ａとハロゲンランプ１５ｂの並び方向を合わせたとをにより、定着ロール２の内側に余裕をもって２本のハロゲンランプを配置することができている。また、余裕を減らし、定着ロール２をさらに小径のものを用いることも、さらに可能である。本実施の形態では、２つのハロゲンランプ１５の並び方向と加圧ロール１の加圧方向とを略垂直方向としており、それが、最も好ましい方向ではあるが、これは、図６に示すように２つのハロゲンランプ１５の並び方向と加圧ロール１の加圧方向とのなす角度をＥとした時、４５度≦Ｅ≦１３５度であれば、十分に効果を発揮することができる。また、定着ロール２については、撓み量が少ない場合にはハロゲンランプ１５の配置を工夫する効果が少ないが、１．１≦Ａ／Ｂであれば、配置を工夫する効果が発揮できる。逆に、Ａ／Ｂ＞３の場合は、定着ロール２を変形させ、かつ、加圧ロール１により十分な加圧力を印加する構成が実現不可能となってしまう。
【００５０】
また、ハロゲンランプ１５を３本備えた場合について図７を用いて説明する。３本のハロゲンランプを全て内包できる、長径と短径との比がＡ：Ｂである最小の楕円を考え、その長尺方向と加圧ロール１の加圧方向とのなす角Ｅを４５度≦Ｅ≦１３５度とすればよい。さらに、４本以上備える場合も、３本の場合と同様に考えることができる。
【００５１】
また、図２に示すように、ハロゲンランプ１５ａには、反射部材１８が取り付けられている。この反射部材１８は、ハロゲンランプ１５ａの輻射熱がハロゲンランプ１５ｂに直接照射されるのを防ごうとしたものである。通常、定着ロール２の中に、複数のハロゲンランプ１５を備え、一方のハロゲンランプ１５に通電した場合、他方のハロゲンランプ１５に輻射熱が照射され、ハロゲンランプ１５による定着ロール２の加熱効率が低下してしまう。そこで、反射部材１８を備えることにより、加熱効率の低下を防止しようとしたものである。
【００５２】
さらに詳細を図８を用いて説明する。反射部材１８としては厚さ１２μｍアルミニウムの箔を用い、線径φ６０μｍのタングステンワイヤ１９にて部分的にハロゲンランプ１５ａに巻き付けている。反射部材１８の膜厚が厚い場合は熱容量が大きくなり、それにより、定着ロール２を加熱するための熱効率が悪くなってしまうため、厚さ１２μｍという非常に薄いアルミニウムの箔を用いた。また、アルミニウムは放射率が低く、ハロゲンランプ１５ａからの輻射熱により加熱され難いという長所もある。また、タングステンワイヤ１９は耐熱性が高いため、熱に対する心配がなく、かつ線径がφ６０μｍという非常に細いものを用いているため、熱効率の低下もほとんどない。なお、本実施の形態では、アルミニウムとタングステンという材料を用いたが、これは、これらの材料に限るものではないが、両者とも大量に市販されているものであるため、これを使用することはコスト的に好ましい。
【００５３】
かかる構成によれば、定着ロール２は加圧ロール１により加圧されることにより変形し、定着ロール２の断面は円を潰した形状となり、いわゆる長手方向が存在する。また、ハロゲンランプ１５も複数備えたため、その断面にも長手方向が存在する。本構成によって、定着ロール２の長手方向と、複数のハロゲンランプ１５の長手方向とを同じ方向にもってくるため、複数のハロゲンランプ１５を内包する為の定着ロール２の径を小さくすることができ、その小径化により、定着ロール２の熱容量低減、そしてＷＵＴの短縮が可能な定着装置を提供することができる。
【００５４】
また、かかる構成によれば、定着ロール支持部材１２は、定着ロール２の外周面全周を覆う筒状のものからなり、かつ、その内周面にて定着ロール２を回転自在に支持するものであるため、加圧ロール１の加圧によって、変形する定着ロール２の回転を安定して保持することができる定着装置を提供することができる。
【００５５】
また、かかる構成によれば、ハロゲンランプ１５のフィラメントの、コイル状に密に巻かれている部分の最両端間の長さに対して、コイル状に疎に巻かれている部分の長さの総和の比、もしくは、コイル状に巻かれていない部分の長さの総和の比が、１０％以下としたものを用いるものであり、中央部と端部での温度差が少なく、かつ、フィラメントの疎密による定着ロール２の不均一が生じない定着装置を提供することができる。
【００５６】
また、かかる構成によれば、ハロゲンランプ１５の長手方向に対して、フィラメントは、両端部以外はすべてコイル状に均一に巻かれたものであり、本構成によっても、定着ロール２の温度がさらに均一となる定着装置を提供することができる。
【００５７】
また、かかる構成によれば、反射部材１８を備えたことにより、複数のハロゲンランプ１５を近接配置した場合においても、一方のハロゲンランプ１５からの輻射熱が他方のハロゲンランプ１５に輻射されるのを防止することが可能となり、それにより、エネルギー効率が良く、ＷＵＴの短い定着装置を提供することができる。
【００５８】
また、かかる構成によれば、反射部材１８として、薄膜フィルムを用いるため、反射部材１８自身の熱容量が低減でき、ＷＵＴを短くすることができる。また、薄膜のため、反射部材１８自身の剛性が弱いが、ハロゲンランプ１５に直接支持させる構成により、安定した保持が可能である。また、薄膜であるため、反射部材１８自身のスペースが少なくてすみ、複数のハロゲンランプ１５をより近接させ易く、定着ロール２の小径化が容易となり、定着ロール２の熱容量低減が可能となる。したがって、これらのことにより、ＷＵＴが短い定着装置を提供することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、加圧ローラ１を回転駆動するようにしたが、これに代えて、後述の実施の形態４のように、定着ローラ支持部材１２をその中心軸回りに回転させることで、該定着ローラ支持部材１２の支持部１２ａと定着ローラ２の外周面との間の摩擦力により該定着ローラ２をそのローラ軸Ｘ２回りに回転駆動させるようにしてもよい。
【００６０】
また、本実施の形態では、棒状ヒータとしてハロゲンランプ１５を備えたが、これは、輻射熱を発するものであれば、石英管ヒータや、カーボンランプヒータ等も用いることができる。
【００６１】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２における定着装置のハロゲンランプ１５の配置を示した断面図であり、本図では、ハロゲンランプ１５を２本備えた場合である。２本のハロゲンランプの外側の距離をＦとした時、図９（ａ）では、Ｆ≧Ｂとなり、このハロゲンランプ１５の配置では、定着ロール２に内包することは不可能であるが、図９（ｂ）のように配置すれば、Ｆ≦Ａであり、定着ロール２に内包することが可能となる。
【００６２】
また、図１０に、ハロゲンランプ１５を３本以上配置する場合について示す。図１０（ａ）では３本配置した場合、図１０（ｂ）では４本配置した場合である。これらの場合も、最も距離の離れた一対のハロゲンランプ１５の外側の距離をＦと定義し、このＦの方向を定着ロール２の変形方向に合わせることにより、小径の定着ロール２に内包することが可能となる。
【００６３】
かかる構成によって、複数のハロゲンランプ１５のうち、最も距離の離れた一対のハロゲンランプ１５の外側の距離をＦとした時、Ｆ≧Ｂとしたものであり、複数のハロゲンランプ１５の配置によっては、加圧ロール１に加圧された定着ロール２には内包出来ない大きさまで定着ロール２の径の小径化が可能なため、さらに、定着ロール２の熱容量低減、そしてＷＵＴの短縮が可能な定着装置を提供することができる。
【００６４】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３における定着装置のハロゲンランプ１５の配置を示した断面図であり、本図では、ハロゲンランプ１５を２本備えた場合である。図１１（ａ）において、加圧ロール１による加圧をしていない時の定着ロール２の内径をＧ、２本のハロゲンランプ１５を内包できる最小の円の直径をＨ（２本の場合は、Ｈ＝Ｆ）とした時、Ｈ≧Ｇとしており、２本のハロゲンランプ１５を定着ロール２に内包することができない。また、図１１（ｂ）に、加圧ロール１による加圧をしているときの状態を示す。この場合、Ｈ≦Ａとなっており、定着ロール２に２本のハロゲンランプ１５を内包することができる。
【００６５】
次に、図１２に、ハロゲンランプ１５を３本以上配置する場合について示す。図１２（ａ）では３本配置した場合、図１２（ｂ）では４本配置した場合である。これらの場合も、複数のハロゲンランプ１５を全て内包できる最小の円の直径をＨと定義し、Ｈ≧Ｇでありながらも、複数のハロゲンランプ１５の並び方向を定着ロール２の変形方向に合わせることにより、小径の定着ロール２に内包することが可能となる。
【００６６】
かかる構成によって、Ｈ≧Ｇとしたものであり、複数のハロゲンランプ１５は、加圧ロール１に加圧されていない断面形状が円形の定着ロ−ル２には内包出来ない大きさまで、定着ロール２の径の小径化が可能なため、さらに、定着ロール２の熱容量低減、そしてＷＵＴの短縮が可能な定着装置を提供することができる。
【００６７】
（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４における定着装置の定着ロール２の支持方法の概略構成を示す断面図である。図１とは２点異なり、１点目は、固定された移動制限部材１４を、定着ロール２の端面と対向する環状の対向面を有し、対向面に定着ロール２の端面が当接することで定着ロール２の長さ方向の移動を制限するとともに当接時に定着ロール２の回転に連れて中心軸回りに回転するように支持された移動制限部材１４としたものであり、さらに、その移動制限部材１４を定着ロール支持部材１２に一体形成したことである。具体的には、定着ロール支持部材１２の定着ロール２の端面と当接する当接面１２ｃが移動制限部材１４を兼ねる構成である。２点目は、定着ロール支持部材１２をその中心軸回りに回転させることで、該定着ロール支持部材１２の支持部１２ａと定着ロール２の外周面との間の摩擦力により該定着ロール２をそのロール軸Ｘ２回りに回転駆動させるようにしたことである。すなわち、本実施形態では、一方の定着ロール支持部材１２の外周面にギヤ部１２ｂが形成されており、このギヤ部１２ｂと、連結軸７ａを介して不図示のモータ等によって回転駆動される駆動ギヤ７とが噛み合っている。この駆動ギヤ７が回転すると、定着ロール支持部材１２がその中心軸回りに回転し、このとき、定着ロール支持部材１２の支持部１２ａと定着ロール２の外周面との間の摩擦力により定着ロール２がそのロール軸Ｘ２回りに回転することになる。このように、駆動ギヤ７は、定着ロール支持部材１２をその中心軸回りに回転させることで、定着ロール２をそのロール軸Ｘ２回りに回転駆動させる駆動手段を構成する。
【００６８】
次に、図１４に、定着ロール２の軸方向からみた側面図を用いて、複数のハロゲンランプ１５の配置について説明する。定着ロール支持手段１２は定着ロール２の軸方向の移動を制限するため、その定着ロール支持部材１２の開口部は、定着ロール２の開口部よりも小径とすることが好ましく、さらに、加圧ロール１の加圧により定着ロール２を十分に変形させた場合には、定着ロール支持部材１２の開口部から、定着ロール２の端面が見える。この様な状態においては、複数のハロゲンランプ１５の配置は、より重要となる。つまり、定着ロール２の開口部よりも、ハロゲンランプ１５の配置できるスペースはより小さくなってしまい、特に、加圧ロール１による加圧方向のスペースが小さくなってしまう。したがって、図１４に示すように、実施の形態１と同様に、定着ロール２の断面の長手方向と、複数のハロゲンランプ１５の長手方向とを同じ方向にもってくることが重要となる。
【００６９】
さらに、本実施の形態では、定着ロール支持部材１２の開口面であり、かつ、ハロゲンランプ１５の配置可能な面の短軸方向の長さをＩとしたとき、Ｆ≧Ｉとしたものである。これにより、複数のハロゲンランプ１５の配置によっては、加定着ロール２には内包出来ない大きさまで定着ロール２の径の小径化が可能となる。
【００７０】
かかる構成によれば、定着ロール２の端面が当接面１２ｃに当接することにより、定着ロール２の長手方向への移動を制限され、また、当接面１２ｃは、定着ロール支持部材１２と共に回転するものであるため、定着ロール２の端面との摺動が少ないため、定着ロール２の端面の劣化や、当接面１２ｃの削れが少なく、さらには摺動音も小さい。また、本実施の形態では、実施の形態１に比べより、ハロゲンランプ１５の配置するスペースが小さくなってしまうが、定着ロール２の長手方向と、複数のハロゲンランプ１５の長手方向とを同じ方向にもってくるため、複数のハロゲンランプ１５を内包する為の定着ロール２の径を小さくすることができ、その小径化により、定着ロール２の熱容量低減、そしてＷＵＴの短縮が可能な定着装置を提供することができる。
【００７１】
また、かかる構成によれば、加圧ロール２により加圧が行われている状態であって、定着ロール支持部材１２の開口面であり、かつ、ハロゲンランプの配置可能な面の短軸方向の長さをＩとしたとき、Ｆ≧Ｉとしたものであり、複数のハロゲンランプ１５の配置を最適化することにより、定着ロール２の小径化を図ることができ、それにより、定着ロール２の熱容量低減、そしてＷＵＴの短縮が可能な定着装置を提供することができる。
【００７２】
また、かかる構成によれば、定着ロール支持部材１２は、移動制限部材１４と一体で形成されたものであり、定着ロール支持部材１２及び移動制限部材１４の低コスト化を図ることができるとともに、定着装置全体を小型化することができる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、低コスト化と小型化のために、定着ロール支持部材１２は、移動制限部材１４と一体で形成されたものを用いたが、これは必ずしも、一体でなく、定着ロール支持部材１２と移動制限部材１４とを別々の部材にて構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明にかかる定着装置は、記録紙上に形成されたトナー像を定着するという効果を有し、複写機、ＦＡＸ、プリンタ等の電子写真プロセスを利用した電子写真機器に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態１における定着装置の概略を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１における定着装置の概略を示す側面図
【図３】本発明の実施の形態１における定着装置のハロゲンランプの概略を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態１における定着装置のハロゲンランプの詳細を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における定着装置のハロゲンランプの配置を示す側面図
【図６】本発明の実施の形態１における定着装置のハロゲンランプの他の配置を示す側面図
【図７】本発明の実施の形態１における定着装置のハロゲンランプの他の配置を示す側面図
【図８】本発明の実施の形態１における定着装置の反射部材を備えたハロゲンランプの構成図
【図９】本発明の実施の形態２における定着装置のハロゲンランプの配置を示す側面図
【図１０】本発明の実施の形態２における定着装置のハロゲンランプの他の配置を示す側面図
【図１１】本発明の実施の形態３における定着装置のハロゲンランプの配置を示す側面図
【図１２】本発明の実施の形態３における定着装置のハロゲンランプの他の配置を示す側面図
【図１３】本発明の実施の形態４における定着装置の定着ロールの支持方法の概略を示す断面図
【図１４】本発明の実施の形態４における定着装置のハロゲンランプの配置を示す側面図
【符号の説明】
【００７６】
１    加熱ロール
２    定着ロール
９    薄肉パイプ材（薄肉パイプ）
１２    定着ロール支持部材
１５    ハロゲンランプ（棒状ヒータ）
１８    反射部材
【図１】
2007025101.tif 000003
【図２】
2007025101.tif 000004
【図３】
2007025101.tif 000005
【図４】
2007025101.tif 000006
【図５】
2007025101.tif 000007
【図６】
2007025101.tif 000008
【図７】
2007025101.tif 000009
【図８】
2007025101.tif 000010
【図９】
2007025101.tif 000011
【図１０】
2007025101.tif 000012
【図１１】
2007025101.tif 000013
【図１２】
2007025101.tif 000014
【図１３】
2007025101.tif 000015
【図１４】
2007025101.tif 000016